30.01.2026. - Клетки мозга выращивают внутри крыс

Клетки мозга выращивают внутри крыс

Ученые успешно пересадили скопления человеческих клеток, называемых мозговыми органоидами, в мозг эмбрионов крыс. Затем они наблюдали, как эти органоиды разрастались в миллионы клеток, подключались к системе кровоснабжения и подключались к мозгу крысы. Когда ученые погладили крысу по усам, клетки человеческого мозга загорелись в ответ; а позже, когда они стимулировали клетки человека лазером, крыса встала и сделала глоток воды.

Этот эксперимент, проведенный в октябре 2022 года, стал первым случаем, когда органоид человека смог повлиять на поведение представителей другого вида. Это была яркая демонстрация того, как органоиды мозга, которые когда-то выращивались только в лабораториях для исследований, могут работать в реальной жизни. Полученные результаты дают прекрасную возможность смоделировать человеческий мозг с большей точностью, чем когда-либо, и найти способы лечения страшных заболеваний мозга. Но это также влечет за собой некоторые этические вопросы.

Мозговые органоиды были разработаны для решения центральной дилеммы нейробиологии — реалистичных моделей человеческого мозга не существует. Мозг мыши, крысы и даже примата может научить ученых некоторым вещам о том, как работает мозг, но ничто не может сравниться по сложности с человеческим мозгом, что отличает его от всех других органов.

Ученые уже давно пытаются вырастить модели человеческого мозга в лаборатории. Разработка органоидов ознаменовала большой прогресс в этой области. Эти трехмерные сгустки тканей создаются из стволовых клеток и самоорганизуются в небольшие сгустки ткани, иногда с различными типами клеток. Первые экземпляры, выращенные в чашках Петри, испытывали трудности из-за отсутствия кровотока и нейронных связей. Клетки в центре увядали и погибали без необходимого кислорода и питательных веществ. Также существовали значительные ограничения на то, что можно было узнать без сенсорного ввода и нейронной информации.

Несколько лет назад ученые решили эти проблемы, успешно имплантировав органоид в мозг грызуна. После того, как органоид наполнился кровью, он вырос и установил нейронные связи с мозгом животного. Затем, четыре года спустя, была достигнута еще одна веха, когда ученые доказали, что имплантированный органоид может влиять на поведение животного.

На данный момент ученые не верят, что им удалось создать научно-фантастическую версию гибрида грызуна и человека или самую умную крысу в мире. Современные органоиды слишком малы, чтобы имитировать работу человеческого мозга. Типичный органоид содержит всего от одного до трех миллионов нейронов, что на несколько порядков меньше, чем в реальном человеческом мозге, который содержит десятки миллиардов нейронов. Кроме того, органоиды организованы не как мозг, а скорее как отдельные области — они не функционируют как единое целое. Ученые говорят, что даже после имплантации крысам они никогда не смогут вырасти достаточно большими и сложными, чтобы имитировать человека.

В 2021 году Национальные академии собрали группу ученых, специалистов по этике и религиозных лидеров, чтобы обсудить этические аспекты, связанные с органоидами человеческого мозга. “Одной из первых вещей, о которых они договорились, было перестать называть органоиды мозга ”мини-мозгами", - говорит Хэнк Грили, профессор права в Стэнфорде.

“Кажется крайне маловероятным, что крыса вычислит, что E равно MC в квадрате, или встанет на задние лапы и скажет: "Привет! Я Микки”, - говорит Грили. “Никто не беспокоится о том, чтобы проделать это с грызунами, но если вы попробуете это с шимпанзе, тогда нам следует обсудить это”.

Проблема в том, что по мере того, как ученые будут приближаться к точной имитации человеческого мозга, они начнут переступать этические границы. Вероятно, само собой разумеется, что мозг отличается от всех других органов тела. Если бы ученые имплантировали клетки почки человека в почку мыши, это едва ли вызвало бы удивление, но мозг имеет другой статус. В частности, в западных культурах мы склонны ассоциировать мозг с центром нашей идентичности.

“Мозг управляет нашей свободной волей, тем, как мы принимаем решения и как воспринимаем мир”, - говорит Карен Роммельфангер, директор программы нейроэтики в университете Эмори. “Именно это отличает мозг от любого другого органа не только с биологической точки зрения, но и с культурной”.

Первые два вопроса, на которые необходимо ответить, заключаются в том, могут ли органоиды развить сознание и узнали бы мы об этом, если бы они это сделали. Роммельфангер говорит, что “большой и пугающий вопрос заключается в том, могут ли органоиды стать сознательными по мере усложнения?”

Беспокойство, вероятно, связано с исследованиями, показывающими спонтанные электрические сигналы, возникающие в этих сгустках клеток. В 2019 году ученые опубликовали исследование, показывающее, что электрическую активность можно измерить в органоидах мозга. Прикрепив электроды к тканевой структуре, они регистрировали волны на частотах, сходных с альфа-, гамма- и дельта-волнами, которые формируются в мозге человека. Кроме того, наблюдаемый характер возбуждения свидетельствовал о том, что различные области мозга взаимодействовали друг с другом. Ученые были шокированы результатами и объяснили их новым подходом к питанию, который позволяет органоидам выживать дольше и становиться более сложными. Органоиды в этом эксперименте выращивали специализированные клетки, называемые глией, а их нейроны - ветвящиеся дендриты.

Нетрудно представить, что в будущем ученые усовершенствуют свои методы, чтобы сделать органоид еще более сложным. И когда они это сделают, многие согласятся, что нам необходимо следить за ними. Единственная проблема заключается в том, что эмпирического измерения сознания не существует. Ученые и врачи до сих пор не могут прийти к единому мнению о том, есть ли у человека, находящегося в коме, какой-то уровень этого гормона. Измерение его в отдельно стоящем органоиде создает дополнительные проблемы.

Лучшее, что они могут сделать сейчас, - это наблюдать за животными с имплантированными в их мозг органоидами. В докладе Национальной академии предлагается использовать средства защиты для отслеживания изменений в поведении животных, которые могут указывать на боль или измененное состояние сознания. При возникновении боли ученые могут наблюдать измененные рефлексы или привычки в еде и питье. Они также могут внимательно наблюдать за животными, чтобы увидеть, не начнут ли они вести себя по-другому, не типичным для данного вида образом.

Кроме того, в отчете Национальных академий указывается на использование несколько иной версии информированного согласия для доноров тканей, чьи клетки в конечном итоге становятся органоидами мозга, имплантированными в мозг животных. Органоиды получают из донорских клеток, взятых при биопсии кожи, хирургических резекциях, крови и даже мочи. В настоящее время федеральные нормативные акты требуют получения информированного согласия, прежде чем исследователи смогут использовать донорские ткани для исследований, но некоторые считают, что должны быть предусмотрены дополнительные положения для тканей, используемых в органоидах головного мозга.

Грили говорит, что он призывает ученых информировать доноров о том, что их донорские клетки будут превращены в органоиды мозга и, возможно, пересажены животным, не являющимся людьми. По его словам, иногда это заставляет их менять свое мнение. Несвоевременное информирование доноров тканей сопряжено с дополнительным риском неуважения к ценностям доноров, отчуждения будущих доноров и даже уменьшения общественной поддержки науки.

Расти Гейдж, нейробиолог из Института Солка в Сан-Диего, был первым, кто имплантировал человеческие органоиды грызунам. Он говорит, что ученые и специалисты по этике должны следить за этими проблемами, поскольку область органоидов развивается и совершенствуется. По его словам, важно “поддерживать беседу”.

В отчете Национальных академий было подчеркнуто, что эти этические риски уравновешиваются преимуществами использования мозговых органоидов для лучшего понимания заболеваний головного мозга. В настоящее время существует острая потребность в облегчении страданий, связанных с этими заболеваниями, многие из которых до сих пор не поддаются лечению.

Органоиды показали большие перспективы в моделировании свойств заболеваний. В недавнем исследовании, проведенном на крысах, исследователи создали органоиды у пациентов с редким генетическим заболеванием, называемым синдромом Тимоти, и наблюдали проблемы в нейронах по мере их роста. Результаты были многообещающими, поскольку они предложили новую модель заболевания, на которой можно было тестировать методы лечения. В ходе эксперимента, в ходе которого органоиды демонстрировали спонтанную электрическую активность, ученые разработали варианты, основанные на другом редком генетическом заболевании, называемом синдром Ретта, и увидели паттерны возбуждения нейронов, напоминающие судорожный припадок.

Гейдж надеется, что в будущем мы сможем создавать органоиды для создания высокоточных лекарств, подобных тем, которые используются сегодня для лечения рака. Органоид, созданный из клеток мозга пациента, можно будет тестировать с помощью различных методов лечения, чтобы найти тот, который работает.

Поэтому, по мере того как ученые будут продвигаться вперед, создавая более совершенные версии этих моделей, риски должны быть тщательно сопоставлены с выгодами. “Этим движет не желание стать доктором Франкенштейном”, - говорит Грили. “Это делается для облегчения человеческих страданий".

Источник